亲缘分支分类法中，尾羽龙一般都是与偷蛋龙科有亲缘关系，位于偷蛋龙科中原始的位置。切齿龙是偷蛋龙科中唯一比尾羽龙原始的物种。大部分的科学家认为尾羽龙是鸟类的恐龙祖先。但在2004年，有人提出一个亲缘分支分类法研究，并做出了不同的结论。他们根据偷蛋龙科的大部分类似鸟类的特征，将偷蛋龙科置于鸟纲，使得尾羽龙既是偷蛋龙科，也是鸟类。
有学者认为，尾羽龙的化石其实是一种从能飞行的祖先（可能是始祖鸟）演化而来的不飞鸟类的化石。这种认为尾羽龙是后来成为不飞鸟的物种的见解，也受到一些认为鸟类是从恐龙演化的学者的支持。但是，有的科学家则认为尾羽龙根本不是兽脚类恐龙。他们认为尾羽龙与其他手盗龙类都是无法飞行的鸟类，而鸟类其实是从非恐龙的主龙类演化而来。但是，究竟事实如何，还有待进一步的研究。
长羽毛的恐龙
迄今为止，人类已经发现了六种长有羽毛的恐龙，分别是中华鸟龙、原始祖鸟、尾羽龙、北票龙、千禧中国鸟龙和小盗龙。其中，小盗龙和现在的鸟类最为相似，它们的体长只有40厘米，可以栖息在树上，也能在林间自由滑翔。不过，目前在考古界，它们还是被收录在恐龙的族谱中。
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